JPH07257496A - 姿勢制御装置 - Google Patents

姿勢制御装置

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JPH07257496A
JPH07257496A JP6057422A JP5742294A JPH07257496A JP H07257496 A JPH07257496 A JP H07257496A JP 6057422 A JP6057422 A JP 6057422A JP 5742294 A JP5742294 A JP 5742294A JP H07257496 A JPH07257496 A JP H07257496A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
attitude
angular velocity
roll axis
spacecraft
optical sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP6057422A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Soga
広志 曽我
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6057422A priority Critical patent/JPH07257496A/ja
Publication of JPH07257496A publication Critical patent/JPH07257496A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、高精度な角速度誤差補正を実現し
て、姿勢制御の高精度化を図ることにある。 【構成】IRU1で検出するロール軸回りの角速度の角
速度誤差補正を宇宙航行体本体2のロール軸を軌道面に
入れた状態で、ESA5でロール軸姿勢情報を取得し、
FSSA6でピッチ及びヨー軸姿勢角情報を取得して角
速度誤差補正を行うよう構成して、所期の目的を達成し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばトランスファ
ー軌道を周回する人工衛星等の宇宙航行体の姿勢を制御
するのに用いる姿勢制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の姿勢制御装置として
は、図3に示すように慣性基準装置(IRU)1で宇宙
航行体本体2のロール、ピッチ及びヨー軸の3軸回り角
速度ωx ,ωy ,ωz を検出し、この検出値ωIRUx,ω
IRUy,ωIRUzが積分処理部3に入力される。積分処理部
3は、検出値ωIRUx,ωIRUy,ωIRUzを積分して姿勢決
定部4に出力する。
【0003】姿勢決定部4には、ロール軸姿勢基準を検
出する地球センサ(ESA)5の出力端及びピッチ/ヨ
ー軸姿勢基準を検出する太陽センサ(FSSA)6の出
力端が接続され、これらESA5及びFSSA6の検出
値φESA ,θFSSA,ψFSSAに基づいて選択的に3軸回り
の角速度誤差推定値を算出して積分処理部3に出力す
る。また、姿勢決定部4は、積分処理部3からの積分値
と、ESA5及びFSSA6の検出値φESA ,θFSSA,
ψFSSAに基づいてドリフト誤差等の角速度誤差を補正し
た推定姿勢角速度ωxM,ωyM,ωzMを算出すると共に、
推定姿勢角φM ,θM ,ψM を算出して制御処理部7に
出力する。制御処理部7は、入力した推定姿勢角速度ω
xM,ωyM,ωzM及び推定姿勢角φM ,θM ,ψM に基づ
いて制御トルクを算出してアクチュエータ駆動部8に出
力する。アクチュエータ制御部8は、入力した制御トル
クに基づいたロール、ピッチ及びヨートルク指令値を算
出してアクチュエータ9を駆動制御し、宇宙航行体本体
2の3軸回りの姿勢を制御する。
【0004】ところで、このような姿勢制御装置にあっ
ては、図4及び図5に示すように、例えばトランスファ
ー(遷移)軌道において、そのロール軸を慣性空間に存
在する太陽に指向させた状態で、上述したような姿勢制
御を行う姿勢制御方式が採られている。この場合、ロー
ル軸角速度誤差補正は、姿勢基準となるESA5の検出
可能な軌道A区間でのみでESA5及びFSSA6で検
出する姿勢角情報に基づいて実行され、他の非検出区間
においては、IRU1の検出値に基づく3軸回りの定常
姿勢制御が実行される。
【0005】しかしながら、上記ロール軸角速度誤差補
正方法では、ESA5のヌル点と称するゼロ点の軌跡
が、軌道運動に伴う位置に応じて慣性空間に対して変化
するために、例えばA区間において、図6に示すように
ロール軸に軌道位置に応じた姿勢角速度が発生して見掛
けの角速度誤差として取込むという問題を有する。即
ち、ESA5がA区間において、ESA5は、ゼロ位置
となるように制御されると、その姿勢制御方式上、ロー
ル軸回りに軌道運動に基づく姿勢角速度が発生すること
による。
【0006】これによると、以後のESA5の非検出区
間において、ESA5に基づく補正を行わないでIRU
1の検出値に基づいて姿勢制御を行うと、見掛けの角速
度誤差分に応じた姿勢精度の劣化を招くという不具合が
起こる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の姿勢制御装置では、角速度誤差の高精度な補正が困
難で、姿勢精度の劣化を招くという問題を有する。この
発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、高精度な角
速度誤差補正を実現して、姿勢制御の高精度化を図り得
るようにした姿勢制御装置を提供すること目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、ロール軸が
慣性空間に指向されて、周回軌道を飛翔する宇宙航行体
と、この宇宙航行体のピッチ及びヨー軸回りの姿勢角を
検出する第1の光学センサと、前記宇宙航行体のロール
軸回りの姿勢角を検出する第2の光学センサと、前記宇
宙航行体のロール、ピッチ及びヨー軸回りの角速度を検
出する角速度検出手段と、前記宇宙航行体の3軸回りの
姿勢を制御するアクチュエータと、前記角速度検出手段
で検出した3軸回りの角速度の角速度誤差を前記第1及
び第2の光学センサで検出した3軸回りの姿勢角に基づ
いて補正して前記宇宙航行体の姿勢を決定し、前記アク
チュエータを駆動制御して前記宇宙航行体の姿勢を制御
する制御手段とを備えた姿勢制御装置において、前記制
御手段を、前記角速度検出手段で検出するロール軸回り
の角速度の角速度誤差を前記宇宙航行体のロール軸を軌
道面に入れた状態で前記第2の光学センサの出力に基づ
いて補正するように構成したものである。
【0009】
【作用】上記構成によれば、第2の光学センサは、慣性
空間に対して移動がないことにより、その移動にともな
う角速度成分の誤差を取込むことなく、正確な姿勢角情
報の取得が可能となる。従って、姿勢角情報に基づいた
ロール軸回りの角速度誤差補正を高精度に行うことが可
能となり、以後の角速度検出手段の検出値に基づく高精
度な姿勢制御が可能となる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して詳細に説明する。図1はこの発明の一実施例に係
る姿勢制御装置を示すものである。但し、ここでは、前
記図3と同一部分については、同一符号を付して、その
詳細な説明を省略する。
【0011】すなわち、前記姿勢決定部4の推定姿勢角
出力端には、加算器10a〜10cの一方の入力端が接
続され、この加算器10a〜10cの他方の入力端に
は、例えば地上局からのコマンドで設定される姿勢バイ
アス信号が入力される。加算器10a〜10cは、その
出力端に前記制御処理部7が接続され、入力した推定姿
勢角φM ,θM ,ψM と、地上局からの姿勢バイアス信
号を加算して制御処理部7に出力する。
【0012】姿勢バイアス信号は、推定姿勢角φM ,θ
M ,ψM に対して所定の姿勢バイアスを与えて前記FS
SA6の検出範囲内において、例えば図2に示すように
宇宙航行体本体の太陽座標系(X0 、Y0 ,Z0 )を、
そのヨー軸(Z0 )を角度ψb だけ回動して太陽座標系
を(X1 ,Y1 ,Z1 )に移動させ、その後、ピッチ軸
(Y1 )を軸回りに角度θb 回転させて太陽座標系を
(X2 ,Y2 ,Z2 )に設定するように、例えば地上局
で求められてコマンドとして前記宇宙航行体本体2に送
信される。
【0013】上記制御処理部7は、加算器10a〜10
cからの出力に基づいて、制御トルクを算出して前記ア
クチュエータ制御部8に出力する。アクチュエータ制御
部8は、入力した制御トルクに基づいたロール、ピッチ
及びヨートルク指令値を算出して前記アクチュエータ9
を駆動制御し、宇宙航行体本体2の3軸回りの姿勢を上
記太陽座標系(X2 ,Y2 ,Z2 )のように制御して、
ロール軸を軌道面に対応するように設定する。
【0014】ここで、上記姿勢決定部4は、前記積分処
理部3からの積分値と、ESA5及びFSSA6の検出
値φESA ,θFSSA,ψFSSAに基づいてドリフト誤差等の
3軸回りの各角速度誤差を補正した推定姿勢角速度ωx
M,ωyM,ωzMを算出すると共に、推定姿勢角φM ,θM
,ψM を算出して上記制御処理部7に出力する。
【0015】そして、上記ESA5及びFSSA6の姿
勢角に基づく角速度誤差補正は、ESA5の検出可能な
遷移軌道のA区間から離れると、地上局からの姿勢バイ
アス信号が停止されて誤差補正動作が終了される。以後
のESA非検出区間においては、前記IRU1の検出値
に基づく姿勢制御が実行される。
【0016】このように、上記姿勢制御装置は、IRU
1で検出するロール軸回りの角速度の角速度誤差補正を
宇宙航行体本体2のロール軸を軌道面に入れた状態で、
ESA5でロール軸姿勢情報を取得し、FSSA6でピ
ッチ及びヨー軸姿勢角情報を取得して角速度誤差補正を
行うよう構成した。これによれば、慣性空間に対する移
動がなくなることにより、ESA5で検出する姿勢角情
報に軌道位置に関係する角速度成分を取込むことがなく
なり、正確な姿勢角情報を取得することができる。従っ
て、正確なロール軸回りの姿勢角情報に基づく、角速度
誤差補正を高精度に行うことが可能となり、以後のIR
U1の検出値に基づく定常姿勢制御を高精度に行うこと
ができる。
【0017】なお、上記実施例では、遷移軌道におい
て、ロール軸を慣性空間の太陽方向に指向する姿勢制御
方式のものに適用した場合で説明したが、これに限るこ
となく、その他、各種の周回軌道における姿勢制御方式
のものにおいても適用可能である。また、ロール軸の指
向方向としては、太陽方向に限ることなく、慣性空間に
存在する恒星方向に指向する構成しても良い。
【0018】さらに、上記実施例では、ピッチ及びヨー
軸回りの姿勢角をFSSA6で検出して、ロール軸回り
の姿勢角をESA5で検出するように構成した場合で説
明したが、これに限ることなく、恒星センサ等の各種の
光学センサを用いて構成することが可能である。また、
光学センサとしては、3軸回りの姿勢角情報をそれぞれ
独立に検出するように構成しても良い。
【0019】また、上記実施例では、姿勢バイアス信号
を地上局よりコマンドで送信するように構成した場合で
説明したが、これに限ることなく、例えば他の宇宙航行
体から姿勢バイアス信号を送信するように構成したり、
各種の方法で取得することが可能である。よって、この
発明は、上記実施例に限ることなく、その他、この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ること
は勿論のことである。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高精度な角速度誤差補正を実現して、姿勢制御の高
精度化を図り得るようにした姿勢制御装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る姿勢制御装置を示し
た図。
【図2】図1の動作を説明するために示した図。
【図3】この発明の適用される姿勢制御装置の概略を説
明するために示した図。
【図4】図3の角速度誤差補正動作を説明するために示
した図。
【図5】図4の一部詳細を示した図。
【図6】従来の姿勢制御装置を問題点を説明するために
示した図。
【符号の説明】 1…IRU。 2…宇宙航行体本体。 3…積分処理部。 4…姿勢決定部。 5…ESA。 6…FSSA。 7…制御処理部。 8…アクチュエータ制御部。 9…アクチュエータ。 10a〜10c…加算器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロール軸が慣性空間に指向されて、周回
    軌道を飛翔する宇宙航行体と、 この宇宙航行体のピッチ及びヨー軸回りの姿勢角を検出
    する第1の光学センサと、 前記宇宙航行体のロール軸回りの姿勢角を検出する第2
    の光学センサと、 前記宇宙航行体のロール、ピッチ及びヨー軸回りの角速
    度を検出する角速度検出手段と、 前記宇宙航行体の3軸回りの姿勢を制御するアクチュエ
    ータと、 前記角速度検出手段で検出した3軸回りの角速度の角速
    度誤差を前記第1及び第2の光学センサで検出した3軸
    回りの姿勢角に基づいて補正して前記宇宙航行体の姿勢
    を決定し、前記アクチュエータを駆動制御して前記宇宙
    航行体の姿勢を制御する制御手段とを具備した姿勢制御
    装置において、 前記制御手段は、前記角速度検出手段で検出するロール
    軸回りの角速度の角速度誤差を前記宇宙航行体のロール
    軸を軌道面に入れた状態で前記第2の光学センサの出力
    に基づいて補正してなることを特徴とする姿勢制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記第1の光学センサは、太陽センサで
    あり、前記第2の光学センサは、地球センサであること
    を特徴とする請求項1記載の姿勢制御装置。
JP6057422A 1994-03-28 1994-03-28 姿勢制御装置 Pending JPH07257496A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111623821A (zh) * 2020-05-15 2020-09-04 天津时空经纬测控技术有限公司 隧道钻孔方向的检测、偏差检测、钻孔位置确定的方法
JP2022162120A (ja) * 2019-08-23 2022-10-21 三菱電機株式会社 デブリ除去衛星、デブリ除去制御装置、デブリ除去制御方法、および、地上設備

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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